[发明专利]基于ArcGIS和Matlab的裂隙方向性研究方法

说明书

本发明公开了基于ArcGIS和Matlab的裂隙方向性研究方法，该方法首先将裂隙按隙宽分类，然后进行矢量化，绘制各种类型裂隙及总裂隙的玫瑰花图，接着基于玫瑰花图对裂隙分组，拟合裂隙方向的统计分布，最后实现岩石裂隙从图像中获取信息到玫瑰花图绘制、裂隙分组以及分布函数拟合分析。本发明还包括裂隙宽度的分类、各类裂隙及总裂隙的玫瑰花图绘制、裂隙分组以及各类裂隙和总裂隙的分布函数拟合。本发明借助ArcGIS和Matlab程序强大的数据处理功能,快速实现裂隙方向数据的自动提取、玫瑰花图绘制以及分布函数的拟合，为裂隙方向的几何描述提供一种新的分析方法，同时为水文模型里的快速水箱和慢速水箱裂隙流计算提供依据。

技术领域

本发明属于裂隙方向性研究，具体涉及基于ArcGIS和Matlab的裂隙方向性研究方法。

背景技术

断裂现象在岩体中分布很普遍，断裂构造破坏了岩体的连续完整性，裂隙是岩体中的软弱结构面，是控制岩体力学特征的最重要因素，同时也是岩体中地下水等流体的通道，因此，裂隙对水工建筑物的岩基稳定与渗漏、矿井安全、岩溶地区的水资源分布都有很大影响，岩溶裂隙是岩溶地区水文地质结构的核心组成部分，研究裂隙的发育特征、分布规律具有十分重要的意义。

裂隙的方向性对岩体的工程性质及水力性质影响尤其重要，它是岩体形成各向异性、非均匀性和不连续性的重要几何特征之一。自然界的岩体裂隙分布是很复杂的，对裂隙的几何描述是非常具有挑战性的一项工作。但岩体裂隙并不是无序的，裂隙的方向性研究正是解决这一切的突破口，也引起了国内外专家学者的广泛共识。近年来，对裂隙结构面方向性在内的裂隙几何特征的研究取得了长足的进步。

20世纪70年代以来，国内外专家学者对裂隙结构面的方向性进行了大量研究。Mardia(1972)认为裂隙结构面的方向性应该用Fisher分布描述；Gaziev和Tilden(1979)用概率统计方法研究结构面后则认为其一般服从正态分布；Miller和Borgman(1985)通过利用快速的傅里叶变换的频谱分析法研究裂隙的性质发现，裂隙结构面的倾向和倾角一般服从指数分布或者正态分布；Long和Billaux(1987)研究野外实测裂隙时发现裂隙的方向服从正态分布。

考虑到岩体裂隙的多样性，数量一般都很庞大，快速编制出裂隙玫瑰花图以识别裂隙的优势发育方向对岩体的稳定性、地下水渗流研究都有着极其重要的意义。裂隙玫瑰花图是裂隙方向统计数据的主要表达方式之一，能直观地反映诸如节理、断层等地质数据的优选方向和总体分布特征，过去大多采用人工统计手工绘制的方式实现，效率低。

发明内容

发明目的：针对现有技术采用人工绘制裂隙玫瑰花图效率低的问题，本发明提供一种基于ArcGIS和Matlab的裂隙方向性研究方法。

技术方案：基于ArcGIS和Matlab的裂隙方向性研究方法，所述方法基于ArcGIS和Matlab进行图像处理和数据分析，包括裂隙分类、矢量化、裂隙方向玫瑰花图绘制和分组以及分布函数的拟合，包括以下步骤：

(1)裂隙图像处理，包括通过ArcGIS裂隙矢量化和提取裂隙几何信息；

(2)裂隙方向玫瑰花图绘制，以圆心为起点，逆时针连接各组裂隙对应方向线段的端点，得到裂隙的玫瑰花图；

(3)裂隙方向分布模拟，包括对裂隙进行分布函数的拟合，得到分布函数的参数值，所述分布函数包括正态分布。

进一步的，步骤(1)具体步骤如下：

(1.1)在裂隙图像上选择控制点对裂隙剖面进行人工配准；

(1.2)设置裂隙剖面图数据框属性；

(1.3)裂隙矢量化及裂隙的几何信息提取，采取对裂隙剖面进行跟踪要素数字化的方法来完成矢量化。根据裂隙宽度划分裂隙类型，建立相对应的线文件，绘制出不同宽度的裂隙。

步骤(2)裂隙方向玫瑰花图绘制步骤如下：